來源：光明網(wǎng)
光明網(wǎng)訊（記者宋雅娟）11月26日凌晨，國際科學(xué)期刊《自然·天文》（Nature Astronomy）在線發(fā)布我國天文學(xué)家的一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)：他們發(fā)現(xiàn)在近鄰宇宙有一類特殊的矮星系，在其幾萬光年的半徑內(nèi)，都主要由重子物質(zhì)構(gòu)成，暗物質(zhì)只占其中一小部分。這與目前在標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型下的矮星系形成理論預(yù)言相違背，從而對冷暗物質(zhì)的本質(zhì)提出質(zhì)疑，對經(jīng)典的矮星系形成理論提出挑戰(zhàn)。該工作以中國科學(xué)院國家天文臺科研團(tuán)隊(duì)為首，聯(lián)合北京大學(xué)和清華大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)共同完成。
圖1： 暗物質(zhì)主導(dǎo)了結(jié)構(gòu)形成， 星系在由暗物質(zhì)主導(dǎo)的暗暈中形成和演化。圖示為超級計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)構(gòu)形成，邊長大概2億光年。 從黑色、綠色、黃色、粉色到白色顯示了密度從低到高的變化，暗暈對應(yīng)于白色的高密度區(qū)域。
在以暗能量和冷暗物質(zhì)主導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型下，星系在暗物質(zhì)暈中形成和演化。在大質(zhì)量的系統(tǒng)中，重子比例可達(dá)到宇宙的平均值，這一比例隨著暗暈質(zhì)量的減小迅速降低。由于低質(zhì)量系統(tǒng)束縛重子的能力比較弱，在矮星系系統(tǒng)中，通常認(rèn)為其重子物質(zhì)含量相對于暗物質(zhì)是非常少的，這也在我們銀河系和本星系群的衛(wèi)星星系中得到證實(shí)。不同于大的星系，在這些衛(wèi)星星系中，即使在半光半徑之內(nèi)，都是暗物質(zhì)主導(dǎo)的。遺憾的是，由于矮星系的光度非常暗，目前關(guān)于矮星系中的動力學(xué)研究只能局限在非常近鄰的宇宙中，大部分在本星系群內(nèi)或者本星系群周圍。
圖2：新發(fā)現(xiàn)的奇特矮星系之一—— UGC7920。 圖片來源：DECaLS-DR8
以中國科學(xué)院國家天文臺郭琦研究員為首的科研團(tuán)隊(duì)，結(jié)合斯隆數(shù)字化光學(xué)巡天和Arecibo的中性氫巡天結(jié)果，首次對本星系群外的矮星系的動力學(xué)展開統(tǒng)計(jì)研究。他們發(fā)現(xiàn)了一類特殊的矮星系，不同于以往的觀測數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬的預(yù)言結(jié)果，這些矮星系在HI覆蓋的區(qū)域都是由重子物質(zhì)主導(dǎo)的。中性氫覆蓋區(qū)域通常在幾萬光年，在典型的矮星系系統(tǒng)中， 該區(qū)域的暗物質(zhì)質(zhì)量是重子物質(zhì)質(zhì)量的十到幾百倍。特別地，他們發(fā)現(xiàn)的這類矮星系大部分是孤立系統(tǒng)，并不會受到外界環(huán)境的影響。目前，在標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型下，沒有任何理論或者數(shù)值模擬能夠解釋這類星系的形成。
這一發(fā)現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型，以及該模型下的星系形成理論提出了重大質(zhì)疑，促使人們重新審視暗物質(zhì)的本質(zhì)——溫暗物質(zhì)或者Fuzzy暗物質(zhì)模型將更易于解釋此類矮星系的形成。另一方面， 極端條件下的重子過程也提供了可能的一種解釋。回答這些問題將需要進(jìn)一步借助更先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡。
